아이슬란드의 세비야 파열은 북미와 유라시아 대륙 구조판 경계의 일부이며, 매년 약 2cm 정도 표류한다. 사진: 찰리 융거
지구의 육지는 광대한 바닷물에 의해 7 대륙으로 나뉘어 우리가 볼 수 없는 바다 깊숙한 곳에서 모든 것이 더욱 생동감 있게 변했다. 지구의 물질은 자멸하고, 스스로 녹고, 재창조되고 있다. 10 여 개의 차갑고 딱딱한 판이 천천히 지구 내부의 뜨거운 휘장 위로 미끄러져 서로 급강하하며 가끔 충돌이 발생한다. 판 구조 과정은 지구의 중요한 특징이며, 대부분의 사람들은 지진과 화산을 통해 판 운동을 실현한다. 현재 하와이 근처에서 분출되는 용암은 맨틀 심부 핫스팟의 결과이며 구조활동과 관련이 있다. 하지만 판 구조는 지진과 화산 폭발을 일으킬 뿐만 아니라 점점 더 많은 새로운 연구에 따르면 지구의 외부 운동은 또 다른 특징인 생명에 필수적일 수 있다.
지구는 움직이는 변형 껍데기를 가지고 있는데, 이것은 지구의 활력의 주요 원인일 수도 있고, 다른 행성이 지구와 비교할 수 없는 풍부한 이유일 수도 있다. 판 구조를 이해하는 것은 우리가 지구와 거주가능성을 이해하는 열쇠이다. 어떻게 거주할 수 있는 행성을 만들고 그 곳의 생명을 수십억 년 동안 지속시킬 수 있을까? 워싱턴 대학의 지질학자인 캐서린 헌팅턴 (Catherine Huntington) 은 판 구조가 가장 긴 시간 척도에서 대기를 조절하는 데 필요한 것은 지속적인 수자원과 적절한 온도가 생명의 지속을 유지하는 것이라고 말했다.
지난 한 달 동안 하와이 키라웨아 화산의 용암이 수십 채의 집을 파괴했다. 이 화산은 하와이 섬 체인 맨틀의 깊은 곳에 있는 핫스팟으로 인해 발생한다. 사진: 미국 지질 조사국
지난 몇 년 동안 지질학자와 천체 생물학자들은 판 구조를 지구상의 다른 모든 것들과 연결시켜 왔습니다. 지구의 대기층의 생명, 구성, 믿을 수 없는 안정성, 고디록스 온도는 지각의 재순환 덕분이라는 것이 증명되었다. 지구의 맨틀이 주기적으로 물 분자를 흡수하고 방출하지 않으면 지구의 바다는 더 이상 존재하지 않을 수 있다. 판 구조가 해안선의 형성과 조석 운동을 추진하지 않으면 바다는 매우 척박해질 수 있으며 생명을 주는 영양소는 영원히 어둠의 깊숙한 곳에 묻힐 것이다.
판 구조가 판들이 서로 급강하하도록 강요하지 않으면 해저는 매우 추워지고 사람들의 주의를 끄는 화학 성분이 거의 없게 된다. 이는 생명이 처음부터 지구에 나타나지 않을 수 있다는 것을 의미한다. 일부 연구가들은 심지어 대륙의 운동이 없다면 생명이 복잡한 형태로 진화하지 않을 수도 있다고 생각한다. 20 15 도쿄공업대학의 제임스 돔과 마루산은 이런 상호 의존적인 관계를 위한 새로운 명사, 즉 거주할 수 있는 삼위일체를 만들었다. 이 문구는 물, 대기, 땅이 풍부한 행성을 묘사한다.
물, 대기, 토지 사이의 교환과 순환은 생명의 전제조건으로 볼 수 있다. 그러나 판 구조가 진화에 어떤 영향을 미치는지, 그리고 그것이 진화 과정의 필수 요소인지 이해하려면, 지구 과학에서 가장 핫한 질문에 대한 답을 찾는 것이 관건이다. 판이 어떻게 그리고 언제 운동을 시작하는가이다. 이 행성이 왜 움직일 수 있는 껍데기를 가지고 있는지 알아내면 지질학자들이 그 행성을 이해할 수 있을 뿐만 아니라, 다른 모든 표면이 단단한 행성이나 위성, 그리고 그것들이 생명을 가지고 있는지 알 수 있다.
산맥에서 해구까지
20 12 영화감독 제임스 카메론이 홀로 지구의 가장 깊은 균열에 잠입한 최초의 사람이 되었다. 그는 마리아나 해구의 움푹 패인 도전자의 심연 표면 아래 35,756 피트 (약 357 미터) 에 착륙했다. 두 구조판의 접경에는 함몰보다 훨씬 큰 물마루가 있다. 카메론은 지구 접합부의 역동적인 생명의 증거를 포함하여 트렌치 전체에서 몇 가지 샘플을 수집했다. 태평양 판이 휘장에 들어가면, 그것은 온도를 올리고 암석 내부에 갇힌 물을 방출한다.
뱀무늬 돌이라는 과정에서 물이 판에서 뿜어져 나와 맨 위 휘장의 물리적 성질을 바꾸었다. 이러한 변화로 인해 메탄과 다른 화합물들이 차가운 해저의 온천을 통해 휘장을 스며들게 되었다. 초기 지구상의 비슷한 과정은 이미 신진대사의 원시 성분을 제공했을 수도 있고, 신진대사는 이미 복제된 세포의 첫 번째 배치를 생산했을 수도 있다. 카메론은 이 현대 세포 후손들의 증거인 미생물 쿠션을 가져왔다. 미생물 패드는 햇빛이 통과하지 못하는 7 마일 수중에서 자라는 미생물 군락으로 해수면의 1000 배 이상의 압력을 받고 있다.
버몬트 대학교의 지질학자인 Keith Klepis 는 판 구조를 생명과 연결시켜 태양계의 다른 곳에서 생명을 찾을 수 있는 아이디어를 제공하고 지구의 초기 생명에 대해 더 깊이 이해할 수 있게 해 주기 때문에 정말 흥미진진하다고 말했다. (윌리엄 셰익스피어, 윈스턴, Northern Exposure (미국 TV 드라마), 과학명언) 카메론의 기록적인 다이빙이 판 구조와 해양 생물 간의 연계를 증명하는 유일한 탐험은 아니다. 최근 연구는 판구조활동을 54 1 만년 전 캄브리아기 대폭발과 연결시켰는데, 당시 일련의 놀랍고 복잡한 새로운 생명이 나타났다.
태평양 화산대의 디만트 산 근처에는 하얀 미생물석이 노란 산호로 덮여 있으며, 산호는 열수분출구의 화학에너지를 흡수한다. 사진: 밥 엔브리 박사, 노바 펠, 수석 과학자
20 15 12 오스트레일리아 연구원들이 연구 보고서를 발표했다. 그들은 세계 각지의 해저에 있는 300 여 개의 암심을 연구했는데, 그중 일부는 7 억년의 역사를 가지고 있다. 그들은 인과 미량 원소 (예: 구리, 아연, 셀레늄, 코발트) 를 측정했는데, 이 원소들은 모든 생명에 없어서는 안 될 영양소이다. 이 영양소들이 바다에 대량으로 존재할 때, 그것들은 플랑크톤의 빠른 성장을 자극할 수 있다. 태즈메이니아 대학의 로스 랭거 (Ross Langer) 가 이끄는 연구진은 이들 원소의 농도가 5 억 6 천만년에서 5 억 5 천만년 전에 한 단계 증가했다고 밝혔다.
그의 팀은 판 구조가 이 과정을 촉진시켰다고 생각한다. 대륙판이 충돌하여 바위를 하늘로 밀면 산맥이 형성된다. 공기에 노출된 암석은 빗물에 침식되고 풍화될 가능성이 더 높으며, 그런 다음 영양물질을 천천히 바다에 침투한다. 더 놀라운 것은, 그와 그의 동료들은 최근 기간 동안 이 원소들의 함량이 매우 낮았다는 것을 발견했는데, 이것은 대멸절과 일치한다. 인과 미량 원소가 지구에 의해 소비되는 속도가 보충되는 속도보다 빠를 때 이런 영양 결핍기가 나타난다.
구조활동은 지구 온도의 장기 안정을 유지하는 데도 중요한 역할을 한다. 이산화탄소를 예로 들어 봅시다. 이산화탄소가 너무 많은 행성은 결국 진싱 만큼 뜨거울 수 있다. 억만년 동안 이산화탄소 함량은 줄곧 지구판 활동에 의해 조절되었다. 동시에 풍화는 산꼭대기의 영양분을 바다로 가져와 대기 중 이산화탄소를 제거하는 데도 도움이 된다. 이 과정의 첫 단계에서 대기 중의 이산화탄소와 물을 결합하여 탄산을 형성하여 암석을 녹이고 풍화 과정을 가속화한 다음 빗물이 용해된 암석의 탄산과 칼슘을 바다로 가져옵니다.
이산화탄소도 직접 바다에 용해될 것이며, 그곳에서 탄산과 용해된 칼슘과 결합하여 석회석을 형성하고 해저로 떨어질 것이다. 결국 상상할 수 없는 수십억 년 동안 보관된 이산화탄소가 휘장에 삼키는 것은 대기 중 이산화탄소 함량을 장기적으로 조절하는 방법이다. 판 구조는 또 다른 대기 성분 형성의 중요한 요인이 될 수도 있는데, 가장 중요한 성분인 산소라고 할 수 있다. 캄브리아기 전 20 억년 동안 태고대 지구에는 우리가 지금 숨쉬고 있는 공기가 거의 없었다. 조류는 광합성을 이용하여 산소를 생산하기 시작했지만, 대부분의 산소는 철이 풍부한 암석에 의해 소모되고, 암석은 산소를 이용하여 녹을 만든다.
판 구조로 알래스카 산맥이 계속 확장되었다. 이 사진에서 볼 수 있듯이, 데나리 산은 매년 0.5mm 의 속도로 상승하고 있다. 사진: 글렌 리서치 센터
20 16 이 발표한 연구에 따르면 판 구조운동은 두 단계를 시작하여 산소 함량을 더욱 증가시켰다. 첫 번째 단계에서 급강하는 휘장을 바꾸어 두 가지 유형의 지각, 즉 바다와 대륙을 만들었다. 대륙판에는 철분이 풍부한 암석이 적고, 제철이 풍부한 암석이 많기 때문에 대기 중의 산소가 고갈되지 않는다. 그리고 다음 6543.8+0 억년 동안 (25 억년 전부터 6543.8+0.5 억년 전) 암석 풍화는 공기와 바다로 이산화탄소를 방출한다. 추가적인 이산화탄소는 조류가 자라도록 돕고 조류가 더 많은 산소를 생산하게 하여 캄브리아기 대폭발을 일으킬 수 있다.
판 구조도 생명에 진화의 동력을 가져다 줄 수 있다. 달라스 텍사스 대학의 지질학자인 로버트 스턴 (Robert Stern) 은 판 구조가 6543 억 8 천만 년에서 5 억 4 천만 년 전의 신원고대에 기원했다고 생각한다. 지질학자와 고기후학자들이' 눈덩이지구' 라고 부르는 7 억년 전 세계가 비정상적으로 추워진 시기와 동시에 발생할 수 있다. 오스틴 텍사스 대학의 스턴과 나사닐 밀러가 지난 4 월 발표한 연구에 따르면 판 구조는 대륙을 재앙적으로 재분배하고 해양과 대기를 혼란시켜 생명에 큰 영향을 미칠 것으로 나타났다.
진화는 격리와 경쟁이 있어야 진정으로 시작할 수 있다. 육해 면적에 진정한 변화가 없다면 경쟁력과 종 형성은 없을 것이다. 일단 생명이 생기면 대륙과 대륙붕을 깨고 다른 위도로 옮겨 재조합하면 빠르게 진화할 수 있다. 이것은 판 구조의 원동력입니다! 고급 종의 진화에는 판 구조가 필요할 수 있으며, 종의 팔다리와 손의 진화에는 육지가 필요하며, 이로 인해 물체를 잡고 조작할 수 있게 된다. (존 F. 케네디, Northern Exposure (미국 TV 드라마), 동물명언)
해양, 대륙, 판 구조를 가진 행성은 종 형성과 자연 선택의 기회를 극대화할 수 있다. 나는 삶이 판 구조 없이 창조될 수 있다고 생각한다. 나는 또한 판 구조 없이는 창조될 수 없다고 생각한다. (빌 게이츠, 인생명언) 스턴은 먼 미래를 상상했다. 궤도 망원경은 어떤 계외행성이 암석인지, 어떤 계외행성이 판구조를 가지고 있는지 결정할 수 있다. 먼 은하에 대사를 파견하려면 먼저 판 구조가 없는 은하를 겨냥하여 다른 세계의 복잡한 생명의 진화를 파괴하지 않도록 해야 한다.
TOP2. 지구의 껍데기를 깨뜨리다
그러나 모든 것은 이 과정이 언제 시작되느냐에 달려 있다. 이것은 큰 문제이다. 호주 맥코리 대학의 행성 과학자 크레이그 오닐 (Craig O 'Neill) 은 지구가 약 45 억 4 천만 년 전에 형성되었으며 처음에는 뜨거운 용암공이었다고 말했다. 지구가 형성된 후 적어도 1 억년 동안, 그것은 인식 가능한 판 구조가 없을 수도 있다. 주로 이 신생행성의 온도가 너무 높기 때문이다. 그때도 지금과 마찬가지로 지구 내부의 대류는 열과 암석을 이동한다. 맨틀의 암석은 지구 내부의 텅스텐에서 압착되고 가열된 후 지표로 올라가 냉각 후 밀도가 커진 다음 가라앉아 이 과정을 다시 시작한다. (데이비드 아셀, Northern Exposure (미국 TV 드라마), 계절명언)
대류와 수직 운동은 심지어 초기 지구에서도 발생했다. 그러나 당시 휘장은 비교적 얇고' 부드러운' 으로 단단한 지각을 파괴할 수 있는 충분한 힘을 낼 수 없었다. 급강하하지 않으면 측면 운동이 없다. 그래서 첫 번째 대륙이 형성되기 얼마 전에, 당신이 원한다면, 지구는 소위' 밀봉 덮개' 가 형성되고, 다른 판이 없을 것이다. 오닐 20 16 이 발표한 연구에 따르면 초기 지구는 목성의 화산 위성인 유로파와 더 비슷할 것으로 보인다. "그곳에는 화산 활동 시스템이 있지만, 측면 운동은 별로 없다. 지구가 냉각되기 시작하면서 판들은 아래 휘장과 더 쉽게 결합할 수 있어 지구가 판구조시대로 전환된다.
이것은 질문을 제기합니다: 무엇이 뚜껑을 깨고 이 판들을 만들었습니까? 일부 연구원들은 침입이 국면을 뒤집을 수 있다고 생각한다. 지난 2 년 동안 몇몇 연구팀은 태양계가 탄생한 후 남겨진 소행성이 지구의 뚜껑을 깨뜨릴 수 있다고 제안했다. 지난 가을, 오닐과 그의 동료들은 지구가 형성된 지 5 억 년이 지난 후 소행성의 폭격이 갑자기 차가운 지각을 뜨거운 맨 틀로 밀어 넣을 수 있다는 연구 보고서를 발표했다. 20 16 년, 환산과 그의 동료들은 소행성이 물과 판 사이의 충돌 에너지를 가져와 암석을 약화시키고 판 운동을 시작한다고 생각한다. 하지만 지구가 원조의 손길을 필요로 하지 않을 수도 있다. 자체 냉각 과정으로 인해 오븐에서 케이크를 굽는 것처럼 뚜껑이 산산조각이 날 수 있습니다.
사진: 루시 레딩크-ik kanda/quanta 잡지 (Lucy reading-ikkanda/quanta 잡지)
30 억 년 전, 지구는 지역 지역에서 짧은 판 구조 활동을 했을 수도 있지만, 분포가 광범위하지는 않았다. 결국 지각의 비교적 차가운 부분이 가라앉아 주위의 지각을 약화시킬 것이다. 이런 상황이 반복되면 약한 영역이 점차 판 경계로 퇴화한다. 예일 대학의 David berkovich 와 리옹 대학의 Jan Cricca 가 20 14 년 네이처 잡지에 발표한 논문에 따르면 결국 완전한 지각 판이 형성될 것이다. 그 반대의 경우도 발생할 수 있습니다. 하와이 화산 폭발을 촉진하는 휘장 기둥처럼, 지각을 누르지 않고 표면으로 올라가 지각으로 스며들고, 지각을 녹이고, 뚜껑을 깨뜨리는 것입니다. (데이비드 아셀, Northern Exposure (미국 TV 드라마), 계절명언)
서울 고려대의 Stern 과 Scott Vatam 은 20 15 의 한 연구에서 이 방법의 작동 원리를 보여 주었다. 이러한 이론에 따르면, 판 구조운동은 약 30 억 년 전에 몇 차례 시작되고 중단되었다. 오닐은 이렇게 말합니다. "모든 사람의 버튼을 눌러서 다음 숫자를 눌러야 한다면, 판 구조학설은 약 30 억 년 전에 나타나기 시작할 것입니다. 그러나 증거가 완전하지 않기 때문에 아직 확정하기 어렵다. 해양 지각은 단지 2 억 년의 역사를 가지고 있으며, 우리는 단지 우리가 필요로 하는 증거가 부족할 뿐이다. 1980 년대 이래로 지구 화학은 큰 진전을 이루었지만, 같은 기본 문제는 여전히 존재한다.
지구상에서 가장 오래된 암석은 일찍이 40 억 년 전에 지구에서 어떤 원시적인 급강하가 발생했음을 시사하지만, 이 암석들은 해석하기 어렵다. 한편, 약 30 억에서 20 억년 전, 지구의 휘장은 분명히 화학적 변화를 겪었는데, 이는 냉각이 대류 패턴을 바꾼 것으로 귀결될 수 있다. 일부 지질학자들은 이것이 지구의 구조판이 점차 시작되고 확산되는 기록이라고 생각한다. 펜실베이니아 주립대학의 지구물리학자 브래드 복지는 "우리는 진짜 답을 모른다" 고 말했다. 우리는 이 암석들을 가지고 있지만, 우리는 무엇이 판 구조나 급강하의 확실한 증거로 사용될 수 있는지 모른다.
탑 3, 다른 행성의 판
구조가 생명에 필수적입니까? 최종 문제는 우리가 단지 하나의 샘플, 지구처럼 보이는 행성, 물이 있는 곳, 지각이 미끄러지는 곳, 생명이 가득한 곳이라는 것이다. 다른 행성이나 위성은 비슷한 구조활동을 할 수 있지만, 그것은 우리가 지구에서 본 것과 결코 가깝지 않다. 엔셀라두스의 경우, 토성의 냉동 위성으로, 전 세계 얼음 껍데기에서 이상하게 보이는 갈라진 틈에서 우주로 물질을 방출한다. 진싱, 5 억년 전에 다시 수면 위로 떠오르는 것처럼 보이는 행성, 하지만 우리는 어떤 판도 찾을 수 없다.
화성의 올림푸스 산에는 태양계에서 가장 큰 화산이 있지만, 그 구조 역사는 매우 신비롭다. 올림푸스 산은 타시스라는 볼록한 지역에서 발견되었다. 그것은 너무 커서 화성 지각 표류를 압착할 수 있다. 오닐이 발표한 연구에 따르면 화성 크기의 행성은 대량의 수자원을 보유하고 있어 구조가 활발한 상태로 밀려날 수 있다. 화성 남반구의 일부 지역은 지구의 해저 확장과 비슷하다고 생각하는 사람들도 있다. 궤도기와 표면기계에 따르면 연구원들은 적어도 40 억 년 동안 활동하지 않았다고 입을 모은다. 이는 지각의 나이 정도다. (알버트 아인슈타인, Northern Exposure (미국 TV 드라마), 스포츠명언)
화성의 월리스 마리누스 협곡은 길이가 3000 킬로미터이고 깊이가 8 킬로미터이다. 사진: 미국 항공우주국 /JPLCaltech
어떤 사람들은 아주 일찍 판 구조가 있을 수 있다고 생각하지만, 나는 그것이 한 번도 없었던 것 같다고 생각한다. (빌 게이츠, 지혜명언) "통찰" 호 화성 탐사선은 지난 5 월 발사돼 10 월 26 일 165438+ 에서 화성에 도착할 예정이다. 통찰력호의 세 가지 기구는 화성 지각, 휘장, 지핵의 두께와 구성을 측정하여 화성이 자기장을 어떻게 잃게 되었는지, 그리고 판 구조가 존재하는지 여부에 대한 새로운 단서를 제공하기 위한 것이다. 만약 우리가 진싱, 화성, 목성과 같은 다른 행성의 위성을 이해할 수 있다면, 그것은 우리가 지구에서 무엇을 찾아야 하는지 이해하는 데 도움이 될 것이다. 이것이 다른 행성을 계속 탐험하는 이유 중 하나입니다. 우리가 집으로 돌아갈 수 있도록 도와주는 것입니다.
판 구조의 기원은 여전히 논란이 되는 주제이지만, 지질학자들은 어느 시점에서 판 연삭이 중단될 것이라는 데 동의할 수 있다. 오닐은 판 구조를 암석 행성의 중년 단계로 보기 시작했다. 지구가 노쇠함에 따라, 그것은 무더위, 침체된 세계에서 따뜻하고 활발하며 구조적인 세계로 변할 수 있으며, 결국 만년에는 춥고 침체된 세계로 변할 수 있다. 우리는 행성이 식으면 조용해진다는 것을 알고 있다.
많은 지질학자들은 이것이 화성의 상황이라고 생각하는데, 그것은 지구보다 훨씬 작기 때문에 지구보다 훨씬 빠르게 냉각된다. 지구는 결국 판 구조를 약화시키고 지구를 다시 정체시킬 정도로 냉각될 것이다. 이런 일이 일어나기 전에 새로운 초대륙은 기승을 부리지만, 어느 시점에서 지진은 멈추고 화산은 영원히 폐쇄되고 지구는 화성처럼 고요할 것이다. 모든 균열을 덮는 생명 형태가 여전히 존재하는지 여부는 앞으로 해결해야 할 문제이다.
보코 공원-코프 | 문: 레베카 보일/광다 잡지